Design of low power continuous time σ − ∆ analog to digital converters

Abstract

Ses frekanslarında çalışan sensör sistemleri için tasarlanan, 180 nm TSMC CMOS teknolojisiyle gerçeklenmiş, ikinci dereceden sürekli zamanda Sigma Delta modülatörü sunulmuştur. Tasarımda, ikinci derece gürültü şekillendirmesine, 25 kHz bant genişliğine, 256 aşırı örnekleme miktarı ile 12.8 MHz örnekleme frekansına ve 5.9µW güç tüketimine sahip C-gm temelli akım modlu yapı kullanılmıştır. Sonuç olarak, önerilen döngü 2.8 fJ/con FOM değerini sağlamaktadır. Yeterli sayıda biti güçten feragat etmeden elde edebilmek için, toplam güç tüketimi tüm segmentler üzerinde eşit seviyelerde dağılmıştır. Gürbüz voltaj girişli ve yüksek çözünürlüklü akım girişli modülator olmak üzere iki farklı tasarım anlatılmıştır.

A second order CT Σ − ∆ modulator for audio frequency sensory systems in 180nm TSMC CMOS process is presented. The design incorporates a C-gm based current mode structure with 2nd order noise shaping, a 25 kHz bandwidth, a sampling frequency of 12.8 MHz marking an OSR of 256 and a total power consumption of 5.9$/mu$W. Consequently the proposed loop achieves a FOM of 2.8fJ/conv. The overall power consumption is distributed evenly among segments of the loop to attain adequate number of bits without the need to sacrifice power. Two representations of overall design, a robust Voltage input circuit and a high precision current input modulator, are introduced.